CN1083421A - 连续铸造金属的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种在至少一条环形封闭带上铸造金属带材的 装置和方法，当环带不与涂布在其表面上的熔化金属 接触时环带被冷却。

Description

本发明涉及连续铸造金属的方法和装置，特别是指金属带材的铸造。

已应用的连续的薄金属带材的铸造仅获得有限的成就。一般来说，用于连续铸造金属带材的现有工序被限制用于少数合金和产品。已发现当各种金属的合金成份增加时，铸造表面质量将变坏。这就导致许多合金必须以金属锭方法制造。

在用铝的情况下，相对纯的铝产品，诸如金属薄片，能在大批生产的基础上被连续地以带材铸造。同样，建筑产品能被连续地以带材铸造，因为基本上这种建筑产品表面质量的要求比其它铝产品（诸如罐头材料）来说比较不苛刻。然而，当铝的合金含量增大时，会出现表面质量问题，带材铸造一般地是不适合于用于制造许多铝合金产品的。

在现有技术中已提出许多带材铸造机，一种传统的装置是双环带带材铸造机，但这种机器没有达到在许多金属的铸造中被普遍地接受，特别是凝固范围宽的金属合金。在这种双环带带材铸造设备中，设置两条移动的环带以便，在其之间界定用来浇铸金属的移动模。在与熔化金属接触的侧面的环带之相对侧面上用流体接触来冷却一般可有效地冷却环带。因此，例如，环带在与熔化金属接触的一侧和用冷却水接触的环带的另一侧之间承受极高的热梯度，热梯度的动态不稳定产生了环带的变形，继之而来的是环带的上下都不平整。如下面描述的那样，产品就产生离折和疏松的区域。

在里昂（Leone）的“铝生产工艺，用于平展的滚辗产品的锭和连续浇铸工艺技术研究”（Ⅱ卷1989年5月10日）中提出，如果环带的稳定而合理的热流不能达到，严重的问题就会扩大。首先，在熔化金属固化之后，环带任何区域开始变形并且带材的壳皮被粘接抓取，这就导致环带和带材之间的间隙增大而使得在带材的变形区域带材壳皮被再加热，或者，至少会局部地降低壳皮的生成速率。这又依次形成在带材中形成的反向偏离增大，该带材表面产生枝状晶间的共晶渗出物。在用介质和大凝固范围的合金的严峻情况下，液态金属被从变形部位抽取而给进到邻近带材快速固化的部分，这就跟着使带材表面形成和折叠成在带材中的收缩多孔的粗大的区域。这就可能在连续滚辗时而裂开，在滚辗表面上产生严重的表面条纹。

因此，在表面应用苛刻的合金铸造中。双环带浇铸过程未曾一般地被接受，诸如罐头材料的制造。在现有技术中已提出各种改进，包括预热环带（描述在美国专利3，937，270和4，002，197中），连续地施加并移去部分垫片（描述在美国专利3，795，269中），移动的环形侧堤（描述在美国专利4，586，559中），改善环带的冷却（描述在美国专利4，061，177和4，193，440中）。这些技术没有一个被普遍接受。

在现有技术中已提出另一连续铸造工序，这就是众知的模块铸造，在此技术中，许多激冷模块相互邻近地安装在一对相对的经道上。每组激冷模块以相对方向转动而在它们之间形成浇铸腔，诸如铝合金的熔化金属被引导进入该腔。熔化金属与激冷模块接触而被冷却并由于激冷模块自身的热容量而使金属固化。模块铸造在原则和实践两方面都是不同于连续环带铸造的。模块铸造是基于由激冷模块有效执行的热传输。在设备的铸造区段内热是被从熔化金属传输到激冷模块，然后在返回回路中被排出。模块铸造要求精确的尺寸控制以防止由于模块之间小的间隙而使之产生毛边（也即横向金属毛刺）。这种毛边在热滚辗时产生碎料片损伤。因此难以保持好的表面质量。这种模块铸造工序的例子描述在美国专利4，235，646和4，238，248中。

在连续带材铸造中已提出的另一种技术是单鼓铸造机。在单鼓铸造机中，熔化金属是被输送到转动鼓的表面，转动鼓用水内部冷却，并且熔化金属是被拖曳到鼓的表面以形成薄的金属带材，该金属接触鼓的表面而被冷却。对于多种应用带材常常是很薄的，由于冷却慢和微小的收缩裂纹自由表面的质量很差。在这种鼓形铸造机中各种改进已提出，例如，美国专利4，793，400和4，945，974中建议用带槽的鼓以改善表面质量;在美国专利4，934，443中推荐在鼓的表面作金属氧化以改善表面质量。各种其它技术提出在美国专利4，979，557;4，828，012;4，940，077和4，955，429中。

现有技术中已采用的其它方法是用双鼓铸造机，诸如在美国专利3，790，216;4，054，173;4，303，181;或者4，751，958中描述的。这种装置包含熔化金属供应源，供应熔化金属到一对反向转动且内冷的鼓之间的间隔中。双鼓铸造机不同于上述其它技术，其中鼓施加压力于固化金属上，在凝固之后，合金的热立即减少。尽管对大批生产中使用双鼓铸造机在很大范围内受到欢迎，尽管如此，它们依然遭受一系列的缺点。缺点差的一个是产量范围一般为上述现有技术中达到的10%。再者，双鼓铸造方法，在铸造高纯度铝（例如，薄片）时提供了能接受的表面质量，而当用在铸造带有高合金含量并且凝固范围宽的铝时，用双鼓铸造机表面质量是差的。对采用双鼓铸造机时遭遇的另一个问题是由于固化变形合金的中心线偏离。

于是就需要提供一种装置和方法以用来在高速下连续铸造薄金属带材，并且与目前使用的方法比较可改善表面质量。

本发明提出一种用来高速连续铸造薄金属带材的方法和装置，该方法和装置可克服前述不足。本发明进一步还提出一种连续铸造薄金属带材的装置和方法，该装置和方法可在诸如高合金含量的铝的金属铸造工序中改善表面质量。

根据本发明的一个方面，提出一种用于金属带材铸造的装置，该装置至少包含一条以导热材料形成的环形封闭带;用来把熔化金属供应到环带表面的装置，因而熔化金属是被涂布在环带上，以及当环带不与金属接触时位于邻近环带的，用来冷却环带的装置。

根据本发明的另一个方面，提出一种用于金属铸造的方法，该方法包含以下连续的步骤，即，移动至少一根环带，在环带表面上涂布熔化金属以使之在环带上固化并形成薄金属带材，在环带接纳加入的金属之前冷却环带。

本发明的原理归属于一种采用双环带带材连续铸造手段以用来连续铸造金属带材的方法和装置，其中，当环带脱离与熔化金属的接触时，在环带的外回路上，每根环带被冷却。与现有技术中的双环带带材铸造方法不一样，本发明在铸造熔化金属时利用环带的热吸入能力。以此方式，本发明的方法和装置使变形后果减到最小或者是避免不稳定的变形效果，该变形效果是由于不均匀的热梯度穿过现有技术中的双环带带材铸造机而形成的。

本发明的原理可被用在大部分金属的带材铸造中，它包括，钢铜，锌和铅，而且特别适合于铝合金带材的铸造，而且克服了现有技术中的问题。

图1是实施本发明的铸造方法和装置的示意图;

图2是实施本发明的一台铸造装置的立体图;

图3是图1和图2所示装置的熔化金属输入口的剖面视图;

图4是图1和图2装置中的环带支承机构的详示图;

图5是在本发明的实践中应用边缘抑制装置的一个实施例的顶视图;

图6是本发明供选择的一实施例的立体图;

图7是带材出口温度与环带和带材厚度之间的关系图示曲线;

图8是带材和环带出口温度与带材厚度和环带返回温度的关系图示曲线。

图1和图2中所示的装置或许是在本发明实践中被使用的最好的装置。正如在此所见到的，该装置包含用图1中的一对上带轮14、16和一对相应的下带轮18、20装载着的一对环形带10。每个带轮被安装成分别绕图2中的轴20、22、24和26转动。带轮是适合的热阻抗型的，并且上带轮14和16两者中的一个由适合的马达装置予以驱动（为了图示简化没有显示）。上述情况也适用于下带轮18和20，每个环带是环形封闭带，最好由对铸造金属低或无反应性的金属形成的。本技术领域中技术人员熟知的极大量的合适的金属合金能被使用，用于钢和铜合金已获得良好的结果。

如图1和图2中所示，带轮的被位于一个在另一个之上方，而在它们之间带有模注间隙。在本发明推荐的实践中，间隙的尺寸相应于铸造金属带材的要求之厚度。

铸造用熔化金属穿过合适的金属供应装置28，诸如浇口盘，被供应到模注间隙。浇口盘28内部宽度相应于环带10和12的宽度并且包含金属供应输送浇铸注嘴30用来输送熔化金属到环带10和12之间的模注间隙。这浇口盘在带材铸造中是一般的。

根据本发明的构思，本发明的铸造装置包含一对冷却装置32和34，该冷却装置位于环带10和12之间的模注间隙中接触金属的环形封闭带的部分之相对处。正好在环带分别越过带轮16和20之后并在环带进入接触熔化金属之前，冷却装置用来分别冷却环带10和12。在大多数推荐的如图1和2中所示的实施例中，冷却器32和34分别位于所示的环带10和12的返回路程段。在此实施例中，冷却装置32和34可以是一般的冷却装置，诸如定位的流体冷却喷嘴用来直接喷洒冷却流体于环带10和12的内侧和/或外侧以便在整个环带的厚度上冷却环带。在这推荐的实施例中，某些时侯需要应用擦刷装置36和38，该擦刷装置分别有摩擦地与环带配合，当环带经越过带轮14和18时，以便在环带从浇口盘28接纳熔化金属之前，从环形封闭带的表面清除任何金属或其它形式的碎片。

于是，在本发明的实践中，熔化金属流从浇口盘穿过浇铸注嘴30进入环带10和12之间界定的浇铸区域，并且，环带10和12由从铸造带材到环带的金属之热传输来加热。铸造金属带材保持在铸造环带10和12之间直到环带转过带轮16和20的中心线。在返回回路中，冷却装置32和34分别冷却环带10和12，并且实质上从环带上移去了由熔化金属固化时传输到环带上的热量。当经越带轮14和18时，在用擦刷装置36和38清洁环带之后，环带相互接近以便再次界定浇铸区域。

在本发明推荐的实施例中，尽管冷却装置32和34位于铸造环带的返回回路上，那些本领域的技术人员应该知道冷却装置能被位于环带终止接触铸造的金属带材之后的，并且是在环带当它完成返回回路进入接触新鲜的熔化金属之前的任意点处。本发明的思相是注视着一种方法和装置使之在带材的铸造过程中，传输到金属环带的热量，当铸造环带脱离与铸造的金属带材的接触时，被从其上移去。于是，如果希望的话，冷却装置可位于邻近带轮16或20处，或者邻近带轮14或18处，只要是在铸造运行过程中，当环带脱离与铸造金属的接触时，从环带上移去传输到环带上的热量。

在图3中更详细地显示了从浇口盘穿过浇铸注嘴30供应熔化金属。如该图所示，浇铸注嘴30由上壁40和下壁42形成以界定一中央的开口44，开口的上、下壁之间宽度的延伸实质上超过当环带分别绕着通过带轮14和18时，环带10和12之间的宽度。

浇铸注嘴30的壁40和42之末端实质上是分别接近到铸造环带10和12的表面;并且与环带10和12界定浇铸腔46;熔化金属流穿过中央的开口44进入该浇铸腔46。当浇铸腔46中的熔化金属流到环带10和12之间时，熔化金属将其热量传输给环带10和12，同时冷却了熔化金属以形成固体带材50而维持在铸造环带10和12之间。

带材能被铸造的厚度是本领域的技术人员关注的，该厚度与环带10和12的厚度有关，与铸造环带的返回温度和带材以及环带的出口温度有关。此外，带材的厚度还依赖于铸造的金属。已发现厚度为0.100英寸的铝带材用厚度为0.08英寸的钢环带，提供返回温度为300°F并且出口温度为800°F。出口温度和环带及带材的厚度的相互关系示于图7中。而带材和环带出口温度与带材厚度及环带厚度的相互关系示于图8中。例如，铸造厚度0.100英寸的铝带材，用厚度为0.06英寸的钢环带，当返回温度为300°F时，出口温度为900°F，并且，当返回温度为400°F时，出口温度为960°F。

本发明的方法和装置的优点之一是不需在环带上覆盖热屏障以降低热流和热应力。如现有技术中一般使用的那样。当环带与模注区域中的热金属接触时，在环带的背侧不存在冷却流体这就有效地减小热梯度，并且消除了当超过临界热量流时出现的沸腾膜问题。本发明的方法和装置还使冷却的结构最小，使冷环带段存在于三个位置处，即（1）金属进入之前和（2）环带的模注区域的两侧的每一侧。在那些位置处，环带是可能被严重变形的。

在本发明推荐的实践中，环带10和12至少在模注区域的第一部分用多个定位轮来维持两环带以确保环带实质上平展的方式来支承环带10和12。图4中图示了带轮18和面对面地以界定模注腔以限定固体带材50的环带10和12。当环带12经越带轮18时，下轮52支承环带12，如图4所示，每个轮被安装成使其绕平行的并在环带12下方横向延伸的轴转动以维持环带实质上平展的构形，并有助于支承环带的重量和铸造金属带材50的重量。

相应的一组轮54安装成与上环带10相切地接触，并用来当熔化金属转变成固体带材时在环带10上施加足够的压力以维持环带10与带材50接触。

根据本发明的另一实施例，某些时候要求沿环带各自的边缘设置一装置以便容纳金属并防止金属从环带在横向向外流动。因此，为此目的可能使用普通的边缘屏障，就如双桶铸造机中用的那样。合适的边缘屏障图示在图5中，显示了一对边缘屏障件56，该屏障件位于邻近环带10和12的边缘处。边缘屏障件56包含一对从环带10和12表面实质上竖直地延伸的壁以防止从环带之间限定的模注区域熔化金属向外流动。为此目的，边缘屏障件56具有导引边58，该导引边58安装在浇铸注嘴30的前边，所以用浇铸注嘴供应的熔化金属被限制在环带10和12，以及相对的边缘屏障元件56之间。本领域技术人员喜欢的话，其它边缘屏障同样能用在本发明的实践中。

根据本发明的另一实施例，也可应用本发明的构思的方法和装置中应用单一环带。图6为该实施例的示意图。在该实施例中，单一的环带60安装在一对带轮62和64上，每个带轮安装成分别绕轴66和68转动。熔化金属用浇口盘70供应到环带表面。铸造产品50出口到环带60的顶表面。如图1和2所示实施例的情况一样，图6最后的实施例采用冷却装置72，该装置最好位于环带的返回处。冷却装置72与图1中的冷却装置34相同，用作为当环带60不接触它的熔化金属时冷却环带。

在详尽的结构和构形方面，各种变型和改进是能做出的，但都没有离开本发明的精神，特别如下述权利要求定义的。

Claims (11)

1、用于金属带材铸造的装置，其特征是，该装置包含至少一条导热材料形成的环形封闭带；用来将熔化金属供应到该环带上的装置，因此所述熔化金属被涂布在环带上；位于邻近环带用来当环带不与所述金属接触时冷却环带的冷却装置。

2、如权利要求1所述装置，该装置包含一对环带，一条环带位于另一条带之上方而界定环带之间的模注腔。

3、如权利要求2所述装置，其中每一环带装载在一对带轮上，每一带轮安装成转动的。

4、如权利要求3所述装置，该装置包含绕着带轮推进每一所述环带的装置。

5、如权利要求1所述装置，其中用来供应熔化金属的装置包含具有注嘴的浇口盘装置，该注嘴的位置以使之能涂布熔化金属于所述环形封闭带的表面上。

6、如权利要求1所述装置，其中，冷却装置包含用来将冷却流体施加到环形封闭带上的装置。

7、如权利要求1所述装置，其中环形封闭带由导热金属形成的。

8、如权利要求1所述装置，该装置包含边缘抑制装置，以防止熔化金属流超出所述环带的边缘。

9、一种用于金属铸造的方法，其特征是，该方法包含以下连续的步骤，移动至少一条环带封闭带，将熔化金属涂布到所述环带表面使其在所述环带上固化并形成所述金属的薄带材，在环带接纳添加的所述金属之前冷却所述环带。

10、如权利要求9所述方法，其中环带在一对带轮上被移动，并且环带是在经越所述带轮之一以便接纳熔化金属于其表面上之前，在返回回路上被冷却的。

11、如权利要求9或10所述方法，其中所述金属是铝。

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